Том 31, № 2 (2023)
Информационные технологии и коммуникации
Квантовые вычисления в автоматизированных системах управления факторинговыми операциями
Аннотация
Описываются существующие подходы по автоматизации в системах управления факторинговыми операциями. Анализируется актуальность данной проблемы через оценку объема и динамики роста рынка факторинговых операций в РФ. Рассматриваются имеющиеся проблемы с производительностью, которые присущи программным комплексам, построенным на основе классических алгоритмов, а также предлагается их оптимизация путем использования алгоритмов на основе квантовых вычислений. Акцентируется внимание на проблеме параллельных вычислений как основного свойства, позволяющего добиться существенного увеличения вычислительной способности. Приводится возможный путь решения на основе совместного использования квантового и классического подходов в рамках одного программного комплекса. Описывается применение квантового метода Монте-Карло в целях улучшения автоматизированной информационной системы предприятия. Полученный результат позволяет сделать вывод о перспективности использования данной методики для построения комбинированных квантовых и классических алгоритмов в системах управления факторинговыми операциями.



Задача оптимального назначения автономных транспортных средств в производственно-логистической системе
Аннотация
. Рассмотрена задача оптимального назначения автономных транспортных средств на выполняемые производственные процессы. Проведение виртуальных испытаний для организации прогнозного технического обслуживания предполагает создание цифровых двойников, основой которых являются имитационные модели. Решение задачи назначений, описанной в статье, является базой для построения имитационных моделей на сетях Петри для анализа динамики производственно-логистической системы. Рассмотрена структура агропромышленной системы уборки зерновых комплексом комбайнов с использованием автономных транспортных средств на базе автомобилей КАМАЗ. Определено множество характеристик производственно-логистической системы: площади и урожайность полей, производительность комбайнов, грузоподъемность и скорость автомобилей и др. Сформулирована задача минимизации эксплуатационных затрат для комплекса автомобилей при заданном распределении комбайнов по полям с зерновыми культурами. Задача относится к целочисленному линейному программированию с булевыми переменными. Отличие постановки данной задачи состоит в формировании ряда ограничений, учитывающих основные параметры производственно-логистической системы. Рассмотрен пример оптимизации распределения автономных транспортных средств при заданном количестве полей и обрабатывающих их комбайнов. Полученное решение позволяет определить набор готовых для эксплуатации автомобилей, а также сформировать резерв автомобилей для снижения простоев. Решение предложенной задачи может быть положено в основу структуры имитационной модели в составе цифрового двойника производственно-логистической системы. Также методика может применяться при текущем планировании реальных работ комбайнов и автомобилей.



Динамическая модель водогрейного котла утилизатора
Аннотация
Рассматривается опыт разработки и идентификации модели водогрейного котла-утилизатора как объекта с распределенными параметрами. Котел-утилизатор представлен как теплообменный аппарат с перекрестными потоками взаимодействующих сред. В качестве математической модели нагрева потока воды с переменной скоростью выступает гиперболическое уравнение первого порядка. С помощью спектрального метода распределенных систем получено представление объекта в виде разложения в ряд по ортонормированному базису, что позволило получить решение в виде векторно-матричной модели пространства состояний. Представление в пространстве состояний используется для реализации модели в пакете моделирования динамических систем. Расчет температуры нагревателя базируется на уравнении энергетического баланса. Температура стенки-разделителя сред определяется тепловыми потоками между выхлопными газами, стенкой и нагреваемой водой. Температура стенки принята постоянной по всей длине теплообменного аппарата. В статье приведена структурная схема модели, учитывающая взаимное влияние температур стенки и нагреваемого потока воды. Поток тепла от выхлопных газов рассчитан непосредственно по известным параметрам выхлопных газов на входе и выходе котла-утилизатора. По конструктивным параметрам теплообменного аппарата определены динамические характеристики процесса теплообмена. Данные, полученные в процессе эксплуатации котла-утилизатора, используются для идентификации коэффициента теплопередачи между стенками теплообменного аппарата и потоком воды. Результат идентификации коэффициента теплообмена согласуется со справочными данными. В статье приведены графики исходных данных, результатов моделирования. Показано, что максимальное рассогласование модели и реальных данных не превышает двух градусов, а средняя абсолютная ошибка составляет менее 0,2 градуса.



Разработка программного симулятора движения и расхождения безэкипажного судна
Аннотация
Рассмотрен вопрос о разработке программного симулятора движения и расхождения безэкипажного судна, применение которого позволяет упростить процесс создания и тестирования безэкипажных судов. Приведены основные требования, предъявляемые к симулятору, его назначению, структуре и возможностям. Описана алгоритмическая основа разрабатываемого симулятора: подсистема удержания траектории использует алгоритм градиента вспомогательной функции, подсистема обхода препятствий реализована на методе скоростных препятствий, доработанного с учетом МППСС-72. Приведена общая логическая схема программы, которая содержит базовые подсистемы, элементы, обеспечивающие гибкость настройки симулятора и элементы для анализа результатов его работы. Рассмотрены наиболее распространенные в области робототехники языки программирования, выбран подходящий для разработки программного симулятора язык программирования С++. Показан графический интерфейс разработанной программы и основные его элементы. Для проверки работоспособности программного симулятора было проведено моделирование основных ситуаций расхождения: обгон, расхождение на встречных курсах и расхождение при пересечении курсов (препятствие справа или слева от БЭС). Представлены результаты данного моделирования. Созданный программный симулятор движения и расхождения безэкипажного судна соответствует поставленным к нему в работе требованиям, позволяет моделировать движение БЭС и при угрозе столкновения производить расхождение с препятствием по правилам МППСС-72. Реализация подсистем движения и расхождения как отдельных программных элементов дает возможность использовать их без значительных доработок в бортовых системах управления движением безэкипажных судов.



Интервальный анализ трафика многоканальных систем массового обслуживания
Аннотация
Рассматривается прохождение потокового видеотрафика через магистральный коммутатор узла связи. Анализируются особенности видеотрафика, который имеет явно выраженный пачечный характер. Исследуются влияние характеристик таких потоков на размеры очередей в узлах телекоммуникационных сетей. Приводятся результаты аналитического рассмотрения и имитационного моделирования. Рассматривается обобщенная формула Хинчина – Поллачека, для групповых потоков показана линейная зависимость числителя указанной формулы от коэффициента загрузки. Показано, что в отличие от пуассоновских потоков размеры очередей в многоканальных системах массового обслуживания с потоками видеотрафика с увеличением числа каналов практически не уменьшаются.



Моделирование и управление процессами производства водорода на основе электролиза
Аннотация
В настоящее время в качестве одного из наиболее перспективных энергоносителей рассматривается водород, производство которого возможно из различных видов сырья, включая воду, природный газ, сероводород, уголь и т. д. В статье представлены основные результаты анализа мировых технологических тенденций в области разработки способов генерации водорода в период с 2010 по 2038 гг., целью которого является выявление востребованных и популярных технологических решений водородной энергетики. Анализ проведен на основе базы данных Международного энергетического агентства, опубликованной в октябре 2022 г., в которой содержится наиболее полная информация о ключевых характеристиках 990 водородных проектов, базирующихся в шестидесяти странах мира: производительности, установленной электрической мощности, выбросах углекислого газа, типе выходного продукта, стадии и сроках реализации. Проведенный анализ свидетельствует об устойчивом лидерстве электролизных технологий генерации водорода в контексте поиска наиболее распространенного способа получения водорода. При этом в мировой водородной энергетике явно выражены тенденции усиленного внедрения альтернативных (неэлектролизных) технологий в рамках крупного промышленного производства. На основе существующей эмпирической модели Уллеберга предложена модифицированная универсальная имитационная структурная модель процесса электролизной генерации водорода в установках с электролизерами щелочного типа и с протонообменной мембраной. Модифицированная модель разработана в пакете прикладных программ MATLAB и среде динамического моделирования Simulink с использованием элементов физического моделирования Simscape. Процедура верификации разработанной модели показала хорошую сходимость результатов моделирования с существующими в открытых источниках экспериментальными данными, полученными на установках щелочного электролиза и электролиза с протонообменной мембраной. Для повышения энергоэффективности процесса производства водорода разработана одноконтурная система автоматического регулирования температуры питательной воды, поступающей на электролизную установку с протонообменной мембраной.



Функциональное наполнение и архитектура программной лаборатории для онтологического анализа данных
Аннотация
Представлены функциональные возможности и архитектура программной лаборатории для онтологического анализа и через эту «призму» – методология этого анализа. Методический комплекс онтологического анализа и порядок его применения обеспечивают извлечение из данных многомерных наблюдений и измерений предметной области ее семантической модели в виде формальной онтологии – совокупности формальных понятий, каждое из которых определяется объемом и содержанием. Во множестве формальных понятий выявляется частичный порядок (бинарное отношение обобщения) и вскрываются интенсиональные отношения, отражающие связи между элементами объемов понятий. От известных инструментальных средств построения формальных онтологий на основе эмпирических объектно-признаковых данных (т. е. на основе данных, представленных в общепризнанной форме протокола регистрации результатов измерений) разработанная программная лаборатория отличается прежде всего учетом реалий накопления информации об исследуемой предметной области. Они в общем случае обусловливают неполноту и противоречивость исходных данных, для обработки которых по необходимости привлечен аппарат многозначной векторной логики. Другим уникальным отличием рассматриваемой программной лаборатории является учет при обработке эмпирических данных априори (до измерений) известных ограничений существования свойств – бинарных отношений обусловленности и несовместимости свойств у объектов исследуемой предметной области. Представляемая программная лаборатория реализована на платформе табличного процессора Excel и языка программирования VBA. Главным мотивом такого выбора было обеспечение доступности и облегчение освоения технологии онтологического анализа данных широким кругом пользователей, использующих Excel в своей профессиональной работе.



Электроника, фотоника, приборостроение и связь
Влияние температуры внешней среды на параметры электрической цепи чувствительного элемента кластерного вихретокового датчика металлической стружки в системах смазки газотурбинных двигателей
Аннотация
Контроль наличия металлической стружки в системах смазки энергосиловых установок является одним из наиболее эффективных способов диагностики состояния подшипниковых узлов машин и механизмов. Наиболее перспективные существующие системы онлайн-мониторинга частиц износа в основном построены на основе вихретоковых методов преобразования контролируемых параметров. Это обусловлено способностью таких систем не только определять размер частицы, но и распознавать ее магнитные свойства, что в определенных условиях позволяет локализовать место развития дефекта. В то же время известно, что изменение температуры окружающей среды в зоне контроля является одним из основных внешних факторов, оказывающих существенное влияние на информативные параметры вихретоковых преобразователей. Особую значимость указанное обстоятельство приобретает при использовании систем контроля в составе энергосиловых установок большой мощности (например, в маслосистемах газотурбинных двигателей), где температура окружающей среды (масла) может изменяться в широких пределах (–50…+160 °С). В статье исследуется влияние температуры на параметры электрической цепи чувствительного элемента кластерного одновиткового вихретокового датчика металлической стружки, который входит в состав опытного образца стендовой системы непрерывного контроля частиц изнашивания пар трения авиационного газотурбинного двигателя большой тяги. Рассматривается типовая конструкция одновиткового чувствительного элемента, приводятся результаты исследований влияния температуры на его индуктивность, а также на параметры токовода, соединяющего чувствительный элемент с согласующим трансформатором и обеспечивающим подключение чувствительного элемента к измерительной цепи. Предлагаются способы снижения влияния воздействия изменений температуры в зоне контроля на параметры электрической цепи чувствительного элемента датчика.



Исследование зависимости собственных частот роторной системы с вертикально расположенным ротором от предварительного натяга
Аннотация
Исследуется возможность применения способа определения усилия предварительного натяга для радиально-упорных подшипников, используемых в опорах шпиндельных узлов для высокоскоростного фрезерования. Ранее был разработан и апробирован способ определения усилия предварительного натяга подшипниковых опор на высокоскоростных шлифовальных электрошпинделях с горизонтальным расположением шпинделя.
Объектом исследования стала специально сконструированная опора с радиально-упорными подшипниками 7004 ACD_P4A SKF и вертикальным расположением ротора. Была разработана информационно-измерительная система. Данная система состоит из датчиков виброускорения PCB 352C34, датчика силы Vishay 614, контроллера NI-cRIO-9056, модулей NI 9250, NI 9237 и NI 9481 и программного обеспечения, написанного на языке Labview фирмы National Instruments. Была улучшена система тестовых воздействий за счет ее автоматизации. Тестовые воздействия стали осуществляться с помощью соленоида с сердечником, который управлялся контроллером NI и разработанным программным обеспечением. За счет этого была сформирована одинаковая временная задержка между тестовым воздействием и началом записи сигнала виброускорения.
Для всего диапазона предварительного натяга были получены сигналы виброускорений. Чтобы исследовать контролеспособность узла, использовались два датчика виброускорений: с параллельным и перпендикулярным расположением осей направления вибрации и тестового воздействия. Для первой и второй группы виброускорений были осуществлены спектральные преобразования и получены амплитудно-частотные характеристики узла для всего диапазона значений предварительного натяга.
В результате сделан вывод, что представленная методика и критерии применимы для шпиндельных узлов высокоскоростного фрезерования с вертикальным расположением ротора. Также показано, что данная методика может быть автоматизирована.



Энергетика и электротехника
Факторы, влияющие на прогнозирование электропотребления системы собственных нужд АЭС
Аннотация
По правилам оптового рынка электроэнергии и мощности (ОРЭМ) электростанция является как производителем электроэнергии, так и ее потребителем, и обязана формировать прогноз электропотребления для формирования энергобаланса, а также несет финансовую ответственность за отклонение фактического потребления от поданного в прогнозе. В первой части статьи приводится анализ точности существующего метода прогнозирования электропотребления собственных нужд (СН) одной из действующих АЭС. Выполнен расчет различных оценок ошибки прогнозирования и показано, что применяемый метод в отдельные временные интервалы имеет недостаточную точность. Во второй части приводится анализ факторов, потенциально влияющих на электропотребление СН, оценивается качество регрессионной зависимости между данными факторами и электропотреблением и делается вывод об их значимости для разработки новой методики прогнозирования.


